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      確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)的方法、檢查裝置和器件制造方法

      文檔序號:9553162閱讀:665來源:國知局
      確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)的方法、檢查裝置和器件制造方法
      【專利說明】確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)的方法、檢查裝置和器件制造方法
      [0001]相關串請的交叉引用
      [0002]本申請要求美國臨時申請61/834,105的權益,其在2013年6月12日提交,并且通過引用方式將其整體并入本文。
      技術領域
      [0003]本發(fā)明涉及用于確定由例如利用在通過光刻技術制造器件中的光瞳平面檢測或暗場散射測量可使用的光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構的與臨界尺寸相關的性質(zhì)(諸如臨界尺寸(CD)或劑量)的方法和裝置,并且涉及使用光刻技術制造器件的方法。
      【背景技術】
      [0004]光刻裝置是將期望圖案應用到襯底上、通常應用到襯底的目標部分上的機器。例如,可以在集成電路(1C)的制造中使用光刻裝置。在該實例中,其替代地稱為掩?;蜓谀0娴膱D案形成裝置可以用于生成要形成在1C的個體層上的電路圖案。這一圖案可以被轉(zhuǎn)移到襯底(例如硅晶片)上的目標部分(例如包括部分的、一個、或幾個裸片)上。圖案的轉(zhuǎn)移通常經(jīng)由成像到設置在襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常,單個襯底將包含相繼圖案化的相鄰目標部分的網(wǎng)絡。已知的光刻裝置包括:所謂的步進器,其中通過將整個圖案一次曝光至目標部分上來照射每個目標部分;和所謂的掃描器,其中通過沿給定方向(“掃描”方向)通過輻射束掃描圖案,而與這一方向平行或反向平行地同步掃描襯底,來照射每個目標部分。還可能通過將圖案壓印到襯底上來將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移到襯底。
      [0005]在光刻工藝中,期望頻繁地對所創(chuàng)建的結(jié)構進行測量以便例如工藝控制和驗證。已知用于進行這樣的測量的各種工具,包括其常常用于測量臨界尺寸(CD)的掃描電子顯微鏡以及用于測量光刻裝置的CD、重疊(器件中的兩層的對準的準確性)和離焦的其它專門工具。最近,已經(jīng)開發(fā)了用于在光刻領域中使用的各種形式的散射儀。這些設備將輻射束引導到目標上并且測量散射輻射的一個或多個性質(zhì)一一例如,作為波長的函數(shù)的單個反射角處的強度;作為反射角的函數(shù)的一個或多個波長處的強度;或者作為反射角的函數(shù)的偏振一一以獲得從其中可以確定目標的感興趣的性質(zhì)的“譜”。感興趣的性質(zhì)的確定可以通過各種技術來執(zhí)行:例如,通過諸如嚴格耦合波分析或有限元法之類的迭代方法重構目標結(jié)構;庫搜索;和主成分分析。
      [0006]由常規(guī)散射儀所使用的目標是相對大的,例如40 μ m乘40 μ m光柵,并且測量束生成小于光柵的斑(即,光柵欠填充)。這簡化了目標的數(shù)學重構,因為它可視為無窮大。然而,為了減少目標的尺寸,例如減少到10 μπι乘10 μm或更小,因此它們可以例如被定位在產(chǎn)品特征之中,而不是劃道中,已經(jīng)提出了其中使光柵小于測量斑(即,光柵過填充)的量測。通常這樣的目標使用暗場散射測量來測量,其中零階衍射(對應于鏡面反射)被阻擋,并且僅工藝較高階。
      [0007]使用衍射階的暗場檢測的基于衍射的重疊實現(xiàn)對較小目標的重疊測量。這些目標可以小于照射斑,并且可以被晶片上的產(chǎn)品結(jié)構所圍繞。在一個圖像中可以測量多個目標。
      [0008]在已知的量測技術中,通過在某些條件下測量目標兩次來獲得重疊測量結(jié)果,而旋轉(zhuǎn)目標或改變照射模式或成像模式以單獨獲得-1和+1衍射階強度。針對給定光柵比較這些強度提供光柵中的非對稱性的測量。
      [0009]先進的光刻工藝要求高質(zhì)量的⑶量測以用于產(chǎn)量提高和控制。因為其能夠通過理論建模測量下的光譜響應而非破壞性地且快速地取回準確的CD信息,所以這一技術在先進的技術節(jié)點中是有用的。光學CD量測需要優(yōu)雅的模型來描述器件堆疊以及諸如CD、膜厚度和實部和虛部折射率(η和k)之類的擬合參數(shù)。模型中最常用的假設是光學性質(zhì)的不變性。然而,如果光學性質(zhì)跨晶片、晶片到晶片或批到批變化,這一未建模的光學變化可以影響CD準確性并且給出假警報。附加地,隨著膜堆疊變得更加復雜,需要模型中的更大數(shù)目的浮動參數(shù)。模型中浮動的參數(shù)越多,越可能由于浮動參數(shù)的相關性而失去CD準確性和精度。
      [0010]針對目前的基于散射測量的CD量測,以下問題是顯而易見的:模型中的浮動參數(shù)的串擾;由于諸如沉積溫度之類的工藝穩(wěn)定性而引起的光學性質(zhì)的變化;因為CD散射測量目標的尺寸太大(通常約40 μπι乘40 μπι),無裸片中(in_die)能力;CD的長的計算時間;以及創(chuàng)建散射儀設置配方是耗時的。
      [0011]差分技術可用于測量諸如重疊、焦點和透鏡像差之類的光刻工藝的特定參數(shù)。差分技術幫助減少配方創(chuàng)建的負擔,并且允許小于散射儀的斑尺寸的目標。差分技術要求差分信號在工藝操作點處為(接近)零。由于底層堆疊的變化,針對信號的有效共模抑制,這是需要的。差分技術的一個使用是用于設計當工藝偏離最佳工作點時轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍ΨQ的目標。可以通過測量散射測量信號中的較高衍射階來檢測目標非對稱性。示例為重疊和非對稱焦點目標。差分技術的另一使用是用于設計在最佳工作點處相似、但響應于特定工藝參數(shù)而偏離的目標對。示例為像差敏感的目標對。
      [0012]問題在于,差分信號受⑶變化的控制并且適用于針對光刻工藝的開發(fā)后檢查和刻蝕后檢查步驟的目標是不可用的。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0013]期望克服⑶測量中的上述問題中的至少一些問題并且改善⑶和劑量的測量。此夕卜,如果這可以被應用于其可以使用基于暗場圖像的技術測量的小目標結(jié)構,將具有大的優(yōu)勢。
      [0014]根據(jù)第一方面,提供了確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構的與臨界尺寸相關的性質(zhì)的方法,方法包括:(a)用輻射照射具有不同相應臨界尺寸偏差的至少兩個周期性目標中的每個周期性目標;(b)測量由至少兩個目標散射的輻射的相應強度;(c)從測量的強度確定差分信號;(d)基于差分信號和至少兩個臨界尺寸偏差,并且基于差分信號在這樣的周期性目標的1:1線與間隔比(line-to-space rat1)處近似于零的知識,確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)。
      [0015]根據(jù)第二方面,提供了用于確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構的與臨界尺寸相關的性質(zhì)的檢查裝置。照射系統(tǒng)被配置為用輻射照射具有不同相應臨界尺寸偏差的至少兩個周期性目標中的每個周期性目標。檢測系統(tǒng)被配置為測量由至少兩個目標散射的輻射的相應強度。處理器被配置為從測量的強度確定差分信號,并且基于差分信號和至少兩個臨界尺寸偏差,并且基于差分信號在這樣的周期性目標的1:1線與間隔比處近似于零的知識,確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)。
      [0016]根據(jù)第三方面,提供了制造器件的方法,其中使用光刻工藝將器件圖案應用于一系列襯底,方法包括使用襯底中的至少一個襯底并且使用根據(jù)第一方面的方法來確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構的與臨界尺寸相關的性質(zhì),并且依照確定與臨界尺寸相關的性質(zhì)的方法的結(jié)果來控制針對隨后襯底的光刻工藝。
      [0017]下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點以及本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構和操作。注意,本發(fā)明并不限于本文中描述的特定實施例。僅出于說明性目的在本文中給出這樣的實施例?;诒疚闹邪慕虒В郊訉嵤├龑τ?多個)相關領域技術人員來說將是顯而易見的。
      【附圖說明】
      [0018]被并入本文并且形成說明書一部分的附圖圖示了本發(fā)明,并且連同描述一起進一步用于解釋本發(fā)明的原理并且用于使得(多個)相關領域技術人員能夠制造和使用本發(fā)明。
      [0019]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的光刻裝置;
      [0020]圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的光刻單元或簇;
      [0021]圖3A-3D包括(a)使用第一對照射孔徑的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在測量目標時使用的暗場散射儀的示意圖,(b)針對照射的給定方向的目標光柵的衍射光譜的細節(jié),(c)在將散射儀用于基于衍射的重疊測量時提供其它照射模式的第二對照射孔徑,以及(d)組合第一對和第二對孔徑的第三對照射孔徑;
      [0022]圖4描繪多個光柵目標以及襯底上的測量斑的輪廓的已知形式;
      [0023]圖5描繪在圖3的散射儀中獲得的圖4的目標的圖像;
      [0024]圖6是一階衍射強度相對于⑶的圖;
      [0025]圖7 —階衍射強度的梯度相對于⑶的圖;
      [0026]圖8是依照示例實施例的確定CD和執(zhí)行劑量控制的方法的流程圖;
      [0027]圖9a至圖9c描繪依照示例實施例的多個光柵目標與襯底上的測量斑的輪廓;
      [0028]圖10是使用校準并且然后使用兩個目標來確定CD的依照示例實施例的方法的流程圖;
      [0029]圖11是針對水平光柵和豎直光柵的CD相對于曝光劑量的圖;
      [0030]圖12a和圖12b描繪依照示例實施例的多個水平和豎直光柵目標與襯底上的測量斑的輪廓;
      [0031]圖13是使用一階(或更高階)散射輻射的強度測量的依照示例實施例的方法的流程圖;
      [0032]圖14和圖15圖示使用不同偏振光瞳圖像的減法作為度量標準來確定光刻質(zhì)量的方法的操作;
      [0033]圖16是光柵質(zhì)量信號相對于CD的圖;
      [0034]圖17是光柵質(zhì)量信號的梯度相對于CD的圖;
      [0035]圖18是使用零階散射輻射的強度測量的依照示例實施例的方法的流程圖;以及
      [0036]圖19描繪光柵質(zhì)量的雙差分的確定的概覽;
      [0037]當結(jié)合其中同樣的附圖標記始終標識對應元件的附圖考慮時,根據(jù)下面闡述的詳細描述,本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。在附圖中,同樣的引用數(shù)字一般指示完全相同、功能相似、和/或結(jié)構相似的元件。元件在其中首次出現(xiàn)的附圖由對應引用數(shù)字中的最左邊的(多個)數(shù)字來指示。
      【具體實施方式】
      [0038]本說明書公開了并入本發(fā)明特征的一個或多個實施例。所公開的(多個)實施例僅例示本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不限于所公開的(多個)實施例。本發(fā)明由所附的權利要求限定。
      [0039]所描述的(多個)實施例以及說明書中對“一個實施例”、“實施例”、“示例實施例”等的引用指示所描述的(多個)實施例可以包括特定特征、結(jié)構或特性,但是每個實施例可以不必包括該特定特征、結(jié)構或特性。而且,這樣的短語不一定指的是相同的實施例。進一步地,當結(jié)合實施例描述特定特征、結(jié)構或特性時,要理解的是,結(jié)合其它實施例實現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構或特性在本領域技術人員的知識范圍內(nèi),無論是否明確描述。
      [0040]本發(fā)明的實施例可以實現(xiàn)在硬件、固件、軟件、或其任何組合中。本發(fā)明的實施例還可以實現(xiàn)為存儲在機器可讀介質(zhì)上的指令,該指令可以由一個或多個處理器讀取和執(zhí)行。機器可讀介質(zhì)可以包括用于以機器(例如計算設備)可讀的形式來存儲或傳輸信息的任何機制。例如,機器可讀介質(zhì)可以包括只讀存儲器(ROM);隨機存取存儲器(RAM);磁盤存儲介質(zhì);光存儲介質(zhì);快閃存儲器設備;電、光、聲或其它形式的傳播信號等。進一步地,固件、軟件、例程、指令可以在本文中被描述為執(zhí)行某些動作。然而,應當理解的是,這樣的描述僅為了方便,并且這樣的動作實際上產(chǎn)生于執(zhí)行固件、軟件、例程、指令等的計算設備、處理器、控制器、或其它設備。
      [0041]然而,在更詳細地描述這樣的實施例之前,呈現(xiàn)其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的示例環(huán)境是有啟發(fā)意義的。
      [0042]圖1示意性地描繪光刻裝置LA。裝置包括:照射系統(tǒng)(照射器)IL,被配置為調(diào)節(jié)輻射束B (例如UV輻射或DUV輻射);圖案形成裝置支撐件或支撐結(jié)構(例如掩模臺)MT,被構造為支撐圖案形成裝置(例如掩模)MA并且連接到第一定位器PM,第一定位器PM被配置為依照某些參數(shù)準確地定位圖案形成裝置;襯底臺(例如
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